Tudo começa com um instrumento. Em seguida, outro se junta a nós. Antes que você perceba, uma grande sinfonia está tocando diante de seus olhos. Os pesquisadores do NASA Twins Study estão ansiosos para integrar seus resultados e criar uma sinfonia de ciência.

As descobertas preliminares foram discutidas durante o Workshop de Investigadores do Programa de Pesquisa em Seres Humanos em janeiro, e agora o entusiasmo abunda quando o processo de integração começa. Os investigadores são um grupo único de pesquisadores com diferentes conhecimentos associados às áreas de estudo genéticas e fisiológicas.

Enquanto Scott Kelly passou um ano no espaço a bordo da estação espacial, seu irmão gêmeo idêntico, o astronauta aposentado Mark Kelly, passou aquele ano na Terra. Comparar as amostras biológicas dos gêmeos renderá informações importantes sobre como o voo espacial afeta o corpo humano. Esses estudos genéticos pioneiros ajudarão a NASA a manter os astronautas seguros em uma viagem a Marte.

A sinfonia começa com dados. Big data. O Twins Study foi estabelecido como um estudo piloto multi-omics para compartilhamento de dados. Tipicamente, a pesquisa é feita individualmente e os resultados são divulgados em revistas científicas que dão início às discussões sobre as descobertas. Contudo, este estudo é diferente. Do começo, os pesquisadores do Twins Study planejaram integrar seus resultados antes de publicá-los.

Cada investigação é como um instrumento. Sozinho, ele toca música solo. Mas coloque-os todos juntos e você terá algo incrível.

"A beleza deste estudo é a integração de ricos conjuntos de dados fisiológicos, informações neurocomportamentais e moleculares, pode-se desenhar correlações e ver padrões, "disse Tejaswini Mishra, Ph.D., pesquisador da Stanford University School of Medicine, quem está criando o banco de dados integrado, registrar os resultados e procurar correlações. "Ninguém jamais olhou tão profundamente para um sujeito humano e traçou seu perfil com detalhes. A maioria dos pesquisadores combina talvez dois a três tipos de dados, mas este estudo é um dos poucos que está coletando muitos tipos diferentes de dados e uma quantidade sem precedentes de em formação."

A próxima etapa no estudo de gêmeos é compor a sinfonia. Conforme os pesquisadores analisam e compilam seus dados, eles compartilham suas análises individuais e integrativas com a equipe de Stanford chefiada por Mike Snyder, Ph.D., que aplicará métodos diferentes para integrá-lo ainda mais em conjuntos de big data e começar a compor um conjunto magistral. Depois disso, os investigadores começarão a revisar o conjunto de dados integrado para confirmar ou modificar suas descobertas iniciais.

"Há muitos primeiros neste estudo e isso o torna empolgante, "disse Brinda Rana, Ph.D., professor associado de psiquiatria, Escola de Medicina de San Diego da Universidade da Califórnia. "Um estudo comparativo com um gêmeo no espaço e um na Terra nunca foi feito antes. Cada investigação dentro do estudo complementa a outra."

Os pesquisadores vêem o estudo como uma nova peça musical, onde aprendem suas partes individuais e, em seguida, se unem ao maestro para tocar a partitura musical. Por meio da integração de dados de marcadores bioquímicos, habilidade cognitiva, composição bacteriana intestinal, e biomoléculas (DNA, RNA, proteínas, metabólitos), eles esperam identificar os efeitos moleculares dos voos espaciais associados à saúde para proteger os astronautas em missões futuras.

"Os sistemas humanos do corpo estão todos interligados, é por isso que devemos ver os dados de uma forma holística, "disse Scott M. Smith, Ph.D., Gerente da NASA para bioquímica nutricional no Johnson Space Center. Ele realiza perfis bioquímicos em astronautas e sua pesquisa é direcionada a metabólitos específicos, produtos finais de várias vias e processos biológicos.

"Se observarmos mudanças nas proteínas, podemos olhar para o RNA, e se vemos mudanças de RNA, então podemos olhar para o DNA, disse Rana. "Ao integrar os dados, podemos criar uma linha do tempo para nos dar uma indicação se é um precursor ou resultado da genética. Um gene específico regula a mudança de proteína ou outros genes? Assim que soubermos, podemos estabelecer causa e efeito e usar moléculas para medir . "

Às vezes, a ciência nos surpreende.

Susan Bailey, Ph.D., professor de biologia e oncologia do câncer de radiação, Faculdade de Medicina Veterinária e Ciências Biomédicas, Colorado State University, recebeu resultados preliminares contrários à sua hipótese. Os telômeros encurtam à medida que envelhecemos, então ela esperava ver os telômeros de Scott Kelly encurtarem depois de viver no espaço quase um ano. Mas para sua surpresa, os resultados preliminares mostraram um aumento no comprimento médio dos telômeros ou um aumento na população de células com telômeros mais longos. Portanto, ela está procurando dados mecanísticos para explicar o que está vendo. Para determinar se é uma anomalia ou não, ela está olhando para a programação de exercícios de Scott, registros de alimentos e dados comportamentais. Ela também está analisando dados de Andy Feinberg, M.D., M.P.H., diretor, Centro de Epigenética, Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins, quem está analisando os padrões de metilação, a major factor in gene regulation and gene expression, such as which genes are turned on and off.

Bailey will also look at data from Chris Mason, Ph.D., associate professor, Department of Physiology and Biophysics Weill Cornell Medicine, for mutations in the promoter region of the telomerase, to help form a correlation and confirm or refute her preliminary finding.

Mason said, "Both the universe and the human body are complicated systems and we are studying something hard to see. It's like having a new flashlight that illuminates the previously dark gears of molecular interactions. It is a more comprehensive way to conduct research."

"There is no doubt, the learnings from integrating our data will be priceless, " said Emmanuel Mignot, M.D., Ph.D., director of Center for Sleep Science and Medicine, Stanford University School of Medicine. He studies the immune system and is enthusiastic to study specific immune cell populations because many of the other immune studies focus only on general factors.

The orchestra is only warming up now. As the data from individual investigations start filtering into the integrated composition, researchers and NASA eagerly await the results. When the full score of integrated data is ready, the summary of results will be published in late 2017 or early 2018. After that, individual investigators will publish theme papers with more detailed findings of the various investigations. As NASA embarks on its next journey, the results of the Twins Study will provide a front-row seat in this grand performance of human exploration.